Editorial pe tema cercetării

epitope Discovery and synthetic Vaccine Design

vaccinurile tradiționale și de primă generație sunt compuse din agenți patogeni vii sau întregi, în timp ce vaccinurile de a doua generație includ, printre altele, antigenele proteice native purificate din agentul patogen. În plus, vaccinurile de generația a treia sunt alcătuite din plasmide ADN capabile să exprime secvența celor mai importanți antigeni proteici patogeni din gazdă. În timpul acestei evoluții a vaccinurilor, a existat totuși un câștig în siguranță, cu o pierdere a eficacității care a fost compensată prin utilizarea adjuvanților.

cel mai recent pas în evoluția formulelor de vaccin este dezvoltarea vaccinurilor epitope. Epitopii sunt secvențe scurte de aminoacizi ale unei proteine care pot induce un răspuns imun mai direct și mai puternic decât răspunsul indus de întreaga proteină înrudită (1).

Mai mult, strategia de dezvoltare a vaccinurilor epitopice necesită o cunoaștere exactă a secvenței de aminoacizi a proteinei imunogene de interes. Prin urmare, deoarece vaccinurile împotriva paraziților, bacteriilor sau infecțiilor virale și tumorilor necesită un răspuns imun celular pentru prevenire, control și vindecare, a fost dezvoltată o strategie numită vaccinologie inversă (RV). Abordarea RV folosește informațiile secvenței de codon conținute în ADN-ul agentului patogen pentru a obține un ADNc complementar și o traduce în continuare pentru a obține secvența proteinei de interes. Odată ce aceste proteine se află în interiorul celulelor prezentatoare de antigen (APC) ale gazdei, acestea sunt procesate. Epitopii celulelor T sunt apoi scindați proteolitic de proteină și expuși în continuare de moleculele MHC ale suprafeței APC, pentru a interacționa cu receptorii celulelor T. Prin urmare, cu cunoașterea secvenței primare a antigenului proteic, epitopii pot fi identificați prin clonarea domeniilor sau peptidelor mai mici ale proteinei separat și determinarea experimentală care este mai imunogenă sau, alternativ, prin screening-ul întregii secvențe de proteine folosind programe de predicții in silico .

structura moleculelor MHC pe moleculele APC, MHC clasa I au un singur lanț alfa care influențează legarea, iar canelura de legare se află între domeniile alfa 1 și alfa 2 (Fleri și colab.). Deoarece canelura de legare este închisă, aceasta poate găzdui doar peptide mai scurte (8-14 aminoacizi). Miezul de legare a canelurii are doar nouă aminoacizi. Moleculele MHC clasa II în contrast, au două lanțuri, alfa și beta care influențează legarea. Canelura de legare este deschisă și poate găzdui peptide mai lungi (13-25 aminoacizi), dar miezul de legare are 9 reziduuri de aminoacizi cu 0-5 reziduuri flancate pe fiecare parte. Numai lanțul alfa este variabil în moleculele de clasa I, deci nomenclatura este” HLA ” urmată de locusul A, B sau C, un asterisc și numărul alelei pe care o reprezintă. Pentru moleculele din clasa II, atât legarea de impact a lanțurilor alfa, cât și beta și ambele lanțuri ale acestora sunt variabile pentru loci DP și DQ. Cu toate acestea, pentru locusul DR, numai lanțul beta este variabil (Fleri și colab.). Pentru toate caracteristicile menționate, Predicția de legare MHC clasa II este mai dificilă decât cea pentru moleculele din clasa I. Pe baza diferiților algoritmi de învățare automată, au fost dezvoltate mai multe predicții ca instrumente pentru identificarea epitopilor celulelor T ale antigenelor proteice .

în schimb, pentru infecții parazitare, virale, bacteriene și tumori, a căror prevenire controlul și vindecarea necesită dezvoltarea unui răspuns puternic al anticorpilor, problema este mai complexă. De fapt, majoritatea epitopilor celulelor B sunt epitopi discontinui compuși din reziduuri de aminoacizi situate pe regiuni separate ale proteinei și care sunt unite prin plierea lanțului (4). Aceste grupuri de reziduuri nu pot fi izolate ca atare de antigen. Prin urmare, strategia utilizată pentru aceste cazuri se numește vaccinologie inversă bazată pe structură (sbrv) și se concentrează pe utilizarea anticorpilor monoclonali împotriva antigenului proteic. Există șase regiuni determinante complementare (4) sau regiuni de legare a antigenului (ABRs) (5), în molecula de anticorp care poate interacționa cu antigenul. Un situs de legare a antigenului, numit și paratop, care este o regiune mică (de 10-15 aminoacizi) este partea anticorpului care recunoaște și se leagă de un antigen. Cu toate acestea, fiecare ABR diferă semnificativ în compoziția sa de aminoacizi și tinde să lege diferite tipuri de aminoacizi pe suprafața proteinelor. În ciuda acestor diferențe, preferința combinată a celor șase ABRs nu permite epitopilor să se distingă de restul suprafeței proteice. Aceste descoperiri explică succesul slab al metodelor trecute și nou propuse pentru prezicerea epitopilor proteici (4, 5). Strategia SBVR este utilizată pentru a studia interacțiunea complexului compus din anticorpul monoclonal cu proteina pentru a identifica la care se leagă aminoacizii proteinei antigenului, ABR sau paratopul anticorpului monoclonal. Obiectivul acestei abordări este de a elucida indirect secvența potențială de aminoacizi a epitopului discontinuu. Cu toate acestea, căutarea epitopilor care interacționează cu anticorpii este o sarcină mult mai dificilă la care algoritmii de predicție de succes sunt despre inexistenți. În consecință, această strategie nu a obținut prea mult succes (4, 5).

incapacitatea peptidelor liniare sintetice de a imita eficient epitopii discontinui este unul dintre motivele eșecului multor vaccinuri sintetice cu celule B de a induce sinteza anticorpilor neutralizanți. Aceste fapte explică parțial de ce, chiar dacă au fost identificate mai mult de o mie de peptide sintetice cu celule B, doar 125 dintre ele au progresat în faza I, 30 dintre ele în faza II și niciuna dintre ele nu a reușit în studiile de fază III sau nu a fost autorizată pentru uz uman (4).

prin urmare, în timp ce RV se referă în general la analiza in silico a întregului genom patogen pentru a identifica toți antigenii pe care agentul patogen este capabil să-i exprime, SBRV se referă la abordarea care încearcă să genereze un vaccin din structura cristalografică cunoscută a anticorpilor neutralizanți legați de epitopi (6).

în cazul infecțiilor care pot fi prevenite printr-un răspuns anticorp, termenul antigenicitate a fost frecvent confundat cu imunogenitatea (7). De fapt, epitopii unor antigeni virali sunt adesea considerați în mod greșit ca imunogeni, atunci când sunt doar antigeni, deoarece pot interacționa cu o varietate de anticorpi crescuți împotriva unui virus, dar nu sunt capabili să inducă sinteza anticorpilor neutralizanți angajați în protecție (7). Anterior, sa crezut că, dacă un epitop antigenic legat puternic de un anticorp monoclonal neutralizant in vitro, ar fi, de asemenea, capabil să inducă sinteza anticorpilor neutralizanți atunci când este utilizat ca vaccin. Totuși, acest lucru nu este adevărat (7).

În plus, alte concepte au fost dezvoltate în asociere cu strategia RV (6). Conceptul RV 1.0 Este o abordare bazată pe bioinformatică și imunizarea animalelor și provocarea utilizată pentru a determina care antigene sunt mai potrivite pentru vaccinare (8). În schimb, conceptul de RV 2.0 se referă la o strategie care obține anticorpi monoclonali de la câțiva indivizi care fac un răspuns puternic de anticorpi împotriva infecției naturale. Acești anticorpi monoclonali ghidează proiectarea vaccinului în direcția inversării fluxului normal de vaccinuri către anti-corpuri (8).

Mai mult, conceptul de „proiectare rațională a vaccinului” a fost folosit foarte des creând așteptarea de a avea același succes ca și strategia de „proiectare rațională a medicamentelor” obținută înainte. Cu toate acestea,” proiectarea rațională a medicamentului ” este legată de dezvoltarea analogilor chimici care sunt inhibitori perfecți ai locului activ al enzimelor vitale importante ale agentului patogen. În schimb, anchetatorii implicați în dezvoltarea vaccinului HIV au susținut că folosesc „designul rațional al vaccinului”, în timp ce, de fapt, au îmbunătățit doar capacitatea de legare antigenică a unui epitop față de un singur paratop și nu capacitatea imunogenă a unui epitop de a provoca anticorpi neutralizanți. Aceste concluzii au generat critici puternice .

în contrast, subiectul de cercetare de față folosește conceptul de „descoperire a Epitopilor și Design de vaccin sintetic”, așa cum este ilustrat de Kao și Hodges (1). Acești autori au demonstrat că vaccinurile sintetice bazate pe peptide scurte, care reprezintă epitopi imunogeni, sunt capabile să afecteze și chiar să depășească potențialul protector al proteinei întregi înrudite native. Ei au descoperit titruri de anticorpi mai mari direcționate către domeniul de legare a receptorilor Pilusului A al Pseudomonas aeruginosa, care are 14 aminoacizi decât întreaga proteină nativă pilină. Titrurile față de pilina nativă a animalelor imunizate cu peptida-conjugat sintetic au fost mai mari decât titrurile animalelor imunizate cu întreaga proteină pilină. În plus, afinitățile serurilor anti-peptidice pentru domeniul intact de legare a receptorilor pilinei au fost semnificativ mai mari decât afinitățile serurilor proteice anti-pilină (1).

susținem dezvoltarea vaccinurilor epitopice care combină imunoinformatica și abordările biologice experimentale (Alves-Silva și colab.; Barbosa Santos și colab.). Am folosit o abordare imunoinformatică pentru a îmbunătăți eficacitatea vaccinurilor existente compuse din antigene proteice care au fost selectate în funcție de relevanța lor în rezultatele biologice experimentale anterioare. Rezultatele noastre au arătat, de asemenea, că vaccinurile compuse din domeniile imunogene, optimizează și chiar depășesc potențialul de protecție indus de întreaga proteină (1). De exemplu, am obținut o optimizare de 33% a eficacității vaccinului prin utilizarea unei himere recombinante, care conține cele două domenii care dețin cei mai mulți epitopi imunogeni ai Nucleozidei hidrolază NH36 din Leishmania, în loc de întreaga proteină nh36 (Alves-Silva și colab.). Aceste două domenii (F1 și F3) dețin cei mai puternici epitopi pentru generarea protecției profilactice împotriva infecției cu Leishmania (L.) amazonensis (Alves-Silva și colab.). Vaccinarea cu proteina NH36 reduce dimensiunile leziunii cu 55% (10). Cu toate acestea, vaccinarea cu domeniile F1 și F3 a determinat în mod independent reduceri respective de 70 și 77%, iar chimera F1F3 a indus o reducere de 82% a dimensiunilor leziunii piciorului (Alves-Silva și colab.).

acest entuziasm care vine după apariția instrumentelor imunoinformatice și găsirea epitopilor prin predicții in silico nu ar trebui să devalorizeze fundamentele empirice ale tuturor științelor experimentale implicate în dezvoltarea vaccinurilor care controlează bolile până în prezent (6). Dimpotrivă, atât instrumentele empirice, cât și cele in silico ar trebui utilizate împreună în dezvoltarea de noi vaccinuri epitopice sintetice care oferă avantaje față de vaccinurile tradiționale. Sunt antigeni definiți chimic, fără efecte dăunătoare. În plus, spre deosebire de vaccinurile vii atenuate, acestea nu revin la virulență la subiecții imunocompromiși și, diferit de vaccinurile genetice, nu implică întrebări etice.cu acest subiect de cercetare, am crezut că am adus contribuții semnificative la dezvoltarea vaccinurilor epitopice sintetice care pot ajuta la prevenirea, tratamentul și controlul bolilor infecțioase și cancerului.

contribuții autor

CP-d-S, DSR, și ISS a scris și a aprobat textul final al acestui Editorial.

Declarație privind conflictul de interese

autorii declară că cercetarea a fost realizată în absența oricăror relații comerciale sau financiare care ar putea fi interpretate ca un potențial conflict de interese.

mulțumiri

autorii îi mulțumesc lui David Straker pentru revizuirea limbii.

finanțare

această lucrare a fost sprijinită de Conselho Nacional de Desenvolvimento cient și Tecnol, precum și de funda, Carlos Chagas de Amparo, precum și de funda, pentru Rio de Janeiro (faperj).